Recuerdo aquellas clases de colegio, en horario de tarde, cuando el maestro nos contaba algunas historias que nos hacían retroceder en el tiempo. Una tarde nos relató la hazaña de uno de los más grandes científicos de la historia, Arquímedes. En la antigua Grecia, el rey Hierón llevó a un orfebre un lingote de oro con el objetivo de construirse una nueva corona. Por aquel entonces los orfebres no eran muy honrados y solían fusionar parte de ese oro con plata, dando como resultado una mezcla que poco se diferenciaba del oro puro. El rey le pidió un favor a uno de sus grandes amigos, Arquímedes. Le dijo claramente: -“¿podrías averiguar si esta corona que te doy es 100% oro puro? Creo que el orfebre que me la ha fabricado no ha sido del todo honesto”. -¿Cómo puedo saberlo?- se preguntó Arquímedes.
Dice la historia que, en uno de los baños públicos muy habituales en la antigua Grecia, nuestro científico se sumergió en una de las bañeras y se dio cuenta de algo que todos, alguna vez, hemos experimentado: ¡El agua sube dentro de la bañera cuando nos introducimos en su interior! También nos comenta la historia que fue tanto la explosión de júbilo científico que sintió, que salió a la calle gritando: “¡Eureka! ¡Lo tengo!”.
Arquímedes pidió un lingote de un kilogramo de oro al rey; otro de plata. Se dio cuenta de que cuando sumergía el lingote de oro en un recipiente provisto de agua, esta experimentaba un empuje hacia arriba. Pero ese empuje no era igual a cuando lo hacía con el lingote -de igual peso- pero en plata. La sorpresa fue cuando introdujo la corona, que decía el orfebre que estaba fabricada al 100% con un lingote de oro, en el barreño con agua. Esta última no subía al mismo nivel que el lingote propio de oro. ¡Os podéis imaginar qué le ocurrió al orfebre!
Para nuestra experiencia vamos a necesitar tres materiales cotidianos en un laboratorio:
- Un tapón de corcho al que le hemos hecho un agujero perforante en el centro.
- Una botella de refresco de 1.5 litros, transparente.
- Un tubo de ensayo[1] de los que comúnmente inundan los laboratorios.
Llenaremos con agua del grifo la botella de refresco de agua y, nuestro tubo de ensayo, con algo más de la mitad de su volumen. Este último, se sellará -parcialmente- con el tapón de corcho y se introducirá, boca abajo, en la botella de refresco. Se tapará finalmente el sistema con su tapón y… ¡A divulgar la ciencia! La figura 1 muestra nuestro “Diablo de Descartes” previo a la enseñanza con una discente del colegio.
Cuando intentamos que los alumnos de un colegio vean cercana la ciencia recreativa, el teatro que podamos ofrecerles es fundamental (figura 2). En este caso, podemos argumentarles que hay un “hilo invisible” que agarra el tubo de ensayo y que atraviesa la botella. Cuando te tira de él de un modo especial, el tubo de ensayo llegará al fondo; cuando se libera el hilo, el tubo vuelve a su posición inicial.
Lo que ocurre con esta experiencia son dos principios fundamentales. El primero, el principio de Pascal que nos dice: “Las presiones ejercidas en el seno de los líquidos se transmiten en todas direcciones y con la misma intensidad”. ¿Qué quiere decir esto? La respuesta es muy sencilla: si presionamos levemente cualquier zona de la botella, nuestro tubo de ensayo se va a comportar de igual forma: va a entrar agua a través del tapón de corcho a su interior, aumentando su peso final y descendiendo al fondo de la botella.
otro lado, el principio de Arquímedes (del que hemos hablado anteriormente), que nos dice: “Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba, igual al peso del volumen desalojado”. Es decir, nuestro tubo de ensayo está en una posición inicial, con una densidad menor que la del agua (relación masa/volumen menor de 1). Cuando entra agua a su través, su masa se incrementa y, por lo tanto, de igual modo lo hace esa relación de la que antes hemos hablado, la densidad. Se hace mayor de 1 y nuestro tubo desciende por el interior de la botella.
Algunos animales marinos, como pueden ser los peces, disponen de la llamada vejiga natatoria. Este sistema ayuda a estos vertebrados acuáticos a poder subir y bajar dentro de la columna de agua, cuando la llenan y la vacían de aire. Cuando se llena de aire, la densidad del animal es menor y, por lo tanto, podrá subir dentro de la columna de agua. Cuando se vacía, lo contrario, la densidad del animal es mayor y baja en la columna de agua.
En ingeniería, algunas veces, la observación de los animales ha servido en la construcción de armas, como es el caso del submarino. Este dispositivo militar diseñado por el cartagenero, Isaac Peral, dispone de una especie de “vejiga natatoria”, capaz de llenar y vaciar de aire, permitiendo el ascenso o descenso de la nave dentro de la columna de agua marina (figura 3).
